專利名稱：基于天線主瓣占優(yōu)強(qiáng)度約束的sar方位模糊抑制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及合成孔徑雷達(dá)圖像質(zhì)量?jī)?yōu)化處理技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于天線主瓣占優(yōu)強(qiáng)度約束的合成孔徑雷達(dá)方位模糊抑制方法。
背景技術(shù)：
合成孔徑雷達(dá)(SAR)是通過(guò)傳感器與目標(biāo)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來(lái)獲得高方位分辨率的。根據(jù)多普勒效應(yīng)原理，雷達(dá)與目標(biāo)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)在回波信號(hào)方位向上產(chǎn)生多普勒頻率，但由于SAR在方位向上等效于以脈沖重復(fù)頻率(PRF)為采樣頻率進(jìn)行采樣，天線主瓣波束寬度之外部分所產(chǎn)生的具有較高多普勒頻率的回波被欠采樣接收，形成方位模糊信號(hào)，進(jìn)而在二維壓縮后的SAR圖像中成為“散焦的鬼影目標(biāo)”。方位模糊嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響對(duì)SAR圖像的判讀和解譯，特別是在SAR海洋軍事監(jiān)測(cè)中，海面的后向散射系數(shù)比較小，沿海陸地尤其是海上艦船的后向散射系數(shù)比較大，這時(shí)強(qiáng)散射目標(biāo)的方位模糊像在海面SAR圖像上就會(huì)對(duì)真實(shí)目標(biāo)形成干擾從而成為虛假目標(biāo)，這常常會(huì)對(duì)SAR圖像的判讀造成嚴(yán)重影響。
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SAR圖像方位模糊問(wèn)題一般可通過(guò)天線優(yōu)化設(shè)計(jì)來(lái)緩解，然而，由于方位模糊是源于SAR成像機(jī)理的固有現(xiàn)象，尤其是對(duì)于星載SAR而言，隨著空間分辨率的不斷提高，系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的難度顯著增加，星載SAR方位模糊逐漸成為影響SAR圖像質(zhì)量的嚴(yán)重問(wèn)題之一。目前，從SAR信號(hào)處理角度抑制方位模糊的方法非常有限，三濾波器抑制算法未考慮SAR回波信號(hào)距離徙動(dòng)的影響，不能滿足高分辨率SAR系統(tǒng)的方位模糊抑制需要(參見(jiàn)文獻(xiàn)[I] Zhang Zhi-min and Wang Zhen-song, 2001, On Suppressing AzimuthAmbiguities of Synthetic Aperture Radar by Three Filters. In Proc. CIE-Int. Conf.Radar, pp. 624-626);理想濾波器抑制算法對(duì)孤立點(diǎn)式或集中式目標(biāo)的模糊能量有一定抑制效果，對(duì)分布式或大區(qū)域場(chǎng)景目標(biāo)則不再適用(參見(jiàn)文獻(xiàn)[2] Alberto Moreira, 1993.Suppressing the Azimuth Ambiguities in Synthetic Aperture Radar Images. IEEETransaction on Geoscience and Remote Sensing, 31 (4), 885-895);基于自適應(yīng)濾波器的抑制算法依賴于主信號(hào)及模糊信號(hào)統(tǒng)計(jì)特性獲取的準(zhǔn)確性并且需要多次迭代運(yùn)算，其處理的適用性和處理效率都相對(duì)受限(參見(jiàn)文獻(xiàn)[3] Andrea Monti Guarnieri, 2005. AdaptiveRemoval of Azimuth Ambiguities in SAR Images. IEEE Transaction on Geoscience andRemote Sensing，43 (3)，625-633)。因此，迫切需要不受系統(tǒng)參數(shù)或技術(shù)指標(biāo)要求限制、不受目標(biāo)分布特征或信號(hào)統(tǒng)計(jì)特性限制、易于工程實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用的SAR方位模糊抑制方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于天線主瓣占優(yōu)強(qiáng)度約束的SAR方位模糊抑制方法，以在獲得較好的抑制效果和較高的處理效率的同時(shí)，避免處理性能受SAR系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)或被照射目標(biāo)特性限制的問(wèn)題，并可以基本保持SAR復(fù)圖像成像指標(biāo)不惡化。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種基于天線主瓣占優(yōu)強(qiáng)度約束的SAR方位模糊抑制方法，其包括如下步驟
a)根據(jù)SAR方位向天線方向性圖對(duì)應(yīng)的在PRF范圍內(nèi)模糊能量的分布情況，確定滿足一定模糊度要求的天線主瓣能量占優(yōu)區(qū)域；b)將原始全分辨率SAR圖像變換到多普勒域，對(duì)天線主瓣占優(yōu)區(qū)域進(jìn)行窗函數(shù)幅度加權(quán)，其余區(qū)域能量全部置零，反變換回方位圖像域，經(jīng)處理增益校正后獲得滿足模糊度要求的低分辨率、低旁瓣SAR圖像；c)以天線主瓣能量占優(yōu)區(qū)域數(shù)據(jù)成像結(jié)果與原始全分辨率圖像之間的幅度關(guān)系作為判斷條件，對(duì)包含高模糊區(qū)域的原始全分辨率SAR圖像進(jìn)行選擇性強(qiáng)度約束處理，從而在保證SAR圖像分辨率、峰值旁瓣比和積分旁瓣比等指標(biāo)不惡化的情況下，獲得滿足模糊度要求的SAR全分辨率復(fù)圖像。
所述的SAR方位模糊抑制方法，其所述步驟a)中，綜合考慮方位模糊抑制要求、被方位模糊嚴(yán)重污染目標(biāo)圖像的分辨率損失和噪聲電平抬高等三方面因素，在PRF范圍內(nèi)確定天線主瓣能量占優(yōu)區(qū)域(MDD)，即，低模糊能量區(qū)域。 所述的SAR方位模糊抑制方法，其所述步驟b)中，在多普勒域?qū)AR原始全分辨率復(fù)圖像(Cl。)實(shí)施針對(duì)天線主瓣能量占優(yōu)區(qū)域的窗函數(shù)加權(quán)，并經(jīng)過(guò)處理增益校正，獲得低方位模糊圖像(CImd)，簡(jiǎn)稱“低模糊圖像”。所述的SAR方位模糊抑制方法，其所述步驟C)中，低模糊全分辨率復(fù)圖像(CInito)的生成原則是相同像素點(diǎn)上，原始圖像幅度(Al。)高于低模糊圖像幅度(AImd)的，若高出量大于或等于理論抑制量，即AImd與Al。之比的對(duì)數(shù)值小于或等于根據(jù)方位向天線方向性圖計(jì)算并考慮噪聲電平抬高因素得到的理論抑制比(AASideal)的，則被認(rèn)定為是只含模糊像的，該像素圖像值將被置為零，否則，被認(rèn)定為是同時(shí)含有模糊像和真實(shí)目標(biāo)主像的，該像素圖像值取為低模糊圖像值；原始圖像幅度Al。低于或等于低模糊圖像幅度AImd的，該像素圖像值取為原始圖像值。本發(fā)明方法解決了傳統(tǒng)抑制方法受限于場(chǎng)景及目標(biāo)特性或僅適合局部圖像處理的不足，可以在基本保證SAR圖像分辨率、峰值旁瓣比和積分旁瓣比等指標(biāo)不惡化，并保留SAR圖像原始相位信息的情況下，快速有效地抑制大區(qū)域SAR圖像的方位模糊。


圖I為本發(fā)明的一種基于天線主瓣占優(yōu)強(qiáng)度約束的SAR方位模糊抑制方法流程圖，圖中“FFT”代表“傅里葉變換”，“IFFT”代表“逆傅里葉變換”，“ABS”代表復(fù)數(shù)取模運(yùn)算；圖2為天線方位向方向性示意圖；圖3為PRF范圍內(nèi)天線主瓣信號(hào)及模糊信號(hào)分布示意圖；圖4為天線主瓣占優(yōu)區(qū)域成像分辨率擴(kuò)展與方位模糊度制約關(guān)系示意圖；圖5為天線主瓣占優(yōu)區(qū)域分布及窗函數(shù)加權(quán)示意圖；圖6為SAR理想無(wú)模糊全分辨率圖像方位向剖面示意圖；圖7為SAR實(shí)際原始全分辨率圖像方位向剖面示意圖；圖8為天線主瓣占優(yōu)區(qū)域成像結(jié)果方位向剖面示意圖；圖9為基于天線主瓣占優(yōu)強(qiáng)度約束抑制方法處理結(jié)果示意圖。
具體實(shí)施例方式為了更加清楚地闡述本發(fā)明的技術(shù)方案和技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明的一種基于天線主瓣占優(yōu)強(qiáng)度約束的SAR圖像方位模糊抑制方法，完整處理流程如圖I所示。所述方法的具體步驟包括I)確定天線主瓣能量占優(yōu)區(qū)域根據(jù)天線主瓣和副瓣能量分布情況(如圖2所示)，確定PRF范圍內(nèi)天線主瓣占優(yōu)區(qū)域，即，首先搜索模糊-多普勒曲線(如圖3所示，橫坐標(biāo)土PRF/2 ;縱坐標(biāo)模糊幅度)的極點(diǎn)，然后，以此極點(diǎn)為出發(fā)點(diǎn)向前向后拓展天線主瓣占優(yōu)區(qū)域，計(jì)算得到天線主瓣占優(yōu)區(qū)域成像分辨率擴(kuò)展與方位模糊度之間的制約關(guān)系(如圖4所示)，并綜合考慮天線主瓣占優(yōu)區(qū)域成像獲得的低模糊圖像的最大分辨率損失和噪聲電平抬高以及方位模糊度抑制要·求等三方面因素確定天線主瓣占優(yōu)區(qū)域，即低模糊區(qū)域(如圖5陰影部分所示)，又結(jié)合圖4獲得方位模糊的理論抑制比的對(duì)數(shù)值A(chǔ)ASideal (AASideal為負(fù)數(shù)，單位是dB)。2)天線主瓣占優(yōu)區(qū)域成像處理將SAR原始全分辨率復(fù)圖像經(jīng)傅里葉變換(FFT)到多普勒域，在上步所確定的天線主瓣占優(yōu)區(qū)域進(jìn)行窗函數(shù)幅度加權(quán)處理(如圖5所示，這里采用峰值旁瓣比可調(diào)的泰勒窗)，幅度加權(quán)一方面起到進(jìn)一步抑制模糊能量的作用，另一方面可以提高抑制處理后圖像的積分旁瓣比；除此之外，對(duì)非主瓣占優(yōu)區(qū)域的能量全部做置零處理，然后，做方位逆傅里葉變換(IFFT)，再經(jīng)處理增益校正后，獲得低旁瓣、低方位模糊圖像。由于圖像不同距離門的處理步驟完全相同，這里以一個(gè)距離門的處理過(guò)程為例，首先，理想無(wú)模糊幅度圖像如圖6所示，并記存在模糊的SAR原始全分辨率復(fù)圖像為CUk) = R0(k)+j · I0(k), k =
O,……，Na-I, Na為方位向處理點(diǎn)數(shù)，R0和I0分別為Cl。的實(shí)部和虛部，其幅度圖像如圖7所示。記天線主瓣占優(yōu)區(qū)域窗函數(shù)加權(quán)處理并經(jīng)處理增益校正后的SAR復(fù)圖像為CImdGO=Rmd(k) +j ·Imd(k)，其中Rmd和Imd分別為CImd的實(shí)部和虛部。處理增益校正包括對(duì)主瓣占優(yōu)區(qū)域帶寬相對(duì)原始全分辨率處理帶寬的比例系數(shù)和幅度加權(quán)處理增益的校正兩個(gè)部分，CImd幅度圖像如圖8所示。3)天線主瓣占優(yōu)強(qiáng)度約束方位模糊抑制處理低模糊全分辨率復(fù)圖像CImto的具體生成步驟是相同像素點(diǎn)上，原始復(fù)圖像Cl。幅度Al。高于低模糊復(fù)圖像CImd幅度AImd的，若高出量大于或等于理論抑制量，即AImd與Al。之比的對(duì)數(shù)值小于或等于理論抑制比AASideal的，被認(rèn)定為是只含模糊像的，該像素圖像值將被置為零，否則，被認(rèn)定為是同時(shí)含有模糊像和真實(shí)目標(biāo)主像的，該像素圖像值取為低模糊圖像值；原始復(fù)圖像Cl。幅度Al。低于或等于低模糊復(fù)圖像CImd幅度AImd的，該像素圖像值取為原始圖像值。最終，獲得低模糊全分辨率復(fù)圖像CImto，針對(duì)每個(gè)方位像素有CImto (k)
=Rmdir (k)+j · Imdir (k),k = O,.....，Na-I,方位向處理點(diǎn)數(shù)保持不變?yōu)?Na, Rmdir 和 Imdil 分別
為Cl—的實(shí)部和虛部。即當(dāng)CUk) = O時(shí)，CImdir(k) = 0，其余滿足如下條件約束關(guān)系
權(quán)利要求
1.一種基于天線主瓣占優(yōu)強(qiáng)度約束的SAR方位模糊抑制方法，其特征在于，包括如下步驟 1)根據(jù)SAR方位向天線方向性圖對(duì)應(yīng)的在脈沖重復(fù)頻率范圍內(nèi)模糊能量的分布情況，確定滿足一定模糊度要求的天線主瓣能量占優(yōu)區(qū)域； 2)將原始全分辨率SAR圖像變換到多普勒域，對(duì)天線主瓣占優(yōu)區(qū)域進(jìn)行窗函數(shù)幅度加權(quán)，其余區(qū)域能量全部置零，反變換回方位圖像域，經(jīng)處理增益校正后獲得滿足模糊度要求的低分辨率、低旁瓣SAR圖像； 3)以天線主瓣能量占優(yōu)區(qū)域數(shù)據(jù)成像結(jié)果與原始全分辨率圖像之間的幅度關(guān)系作為判斷條件，對(duì)包含高模糊區(qū)域的原始全分辨率SAR圖像進(jìn)行選擇性強(qiáng)度約束處理，從而在保證SAR圖像分辨率、峰值旁瓣比和積分旁瓣比等指標(biāo)不惡化的情況下，獲得滿足模糊度要求的SAR全分辨率復(fù)圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的SAR方位模糊抑制方法，其特征在于，所述步驟I)中，綜合考慮方位模糊抑制要求、被方位模糊嚴(yán)重污染目標(biāo)圖像的分辨率損失和噪聲電平抬高的三方面因素，在PRF范圍內(nèi)確定天線主瓣能量占優(yōu)區(qū)域。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的SAR方位模糊抑制方法，其特征在于，所述步驟2)中，在多普勒域?qū)AR原始全分辨率復(fù)圖像實(shí)施針對(duì)天線主瓣能量占優(yōu)區(qū)域的窗函數(shù)加權(quán)，并經(jīng)過(guò)處理增益校正，獲得低方位模糊圖像。
4.根據(jù)權(quán)力要求I所述的SAR方位模糊抑制方法，其特征在于，所述步驟3)中，低模糊全分辨率復(fù)圖像的生成原則是相同像素點(diǎn)上，原始圖像幅度高于低模糊圖像幅度的，若高出量大于或等于理論抑制量，則被認(rèn)定為是只含模糊像的，該像素圖像值將被置為零，否貝U，被認(rèn)定為是同時(shí)含有模糊像和真實(shí)目標(biāo)主像的，該像素圖像值取為低模糊圖像值；原始圖像幅度低于或等于低模糊圖像幅度的，該像素圖像值取為原始圖像值。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于天線主瓣占優(yōu)強(qiáng)度約束的SAR方位模糊抑制方法，涉及合成孔徑雷達(dá)圖像技術(shù)，先根據(jù)SAR方位向天線方向性圖對(duì)應(yīng)的在PRF范圍內(nèi)的模糊能量的分布情況，確定天線主瓣能量占優(yōu)區(qū)域；再完成天線主瓣能量占優(yōu)區(qū)域數(shù)據(jù)成像；利用該成像結(jié)果與原始全分辨率圖像之間的幅度關(guān)系作為判斷條件，對(duì)原始全分辨率SAR圖像進(jìn)行選擇性強(qiáng)度約束，實(shí)現(xiàn)對(duì)原始圖像方位模糊的抑制處理。本發(fā)明方法解決了傳統(tǒng)抑制方法受限于場(chǎng)景及目標(biāo)特性或僅適合局部圖像處理的不足，可以在基本保證SAR圖像分辨率、峰值旁瓣比和積分旁瓣比等指標(biāo)不惡化，并保留SAR圖像原始相位信息的情況下，快速有效地抑制大區(qū)域SAR圖像的方位模糊。
文檔編號(hào)G01S7/36GK102955150SQ20111024561
公開(kāi)日2013年3月6日 申請(qǐng)日期2011年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月25日
發(fā)明者韓冰, 張永軍, 雷斌, 胡東輝, 胡玉新 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院電子學(xué)研究所